Радиовещание, радиосвязь и электроакустика

22

линии ( Pс / Рш ) и отношениями сигнал / шум на каждом из участков. Если обработка сигнала в аппаратуре ИСЗ отсутствует (т.е. ИСЗ используется как ретранслятор принятого радиосигнала), то шумы всех участков складываются:

Отношение сигнал / шум на каждом из участков должно быть выше, чем на всей линии, что можно характеризовать коэффициентами запаса (превышения) энергии

Если Пш.з Пш.б , мощность шума на входе бортового передатчика следует вычислять в полосе Пш.з .

С учетом (2.29) энергетические уравнения для линий спутниковой связи Земля - ИСЗ и ИСЗ - Земля окончательно принимают следующий вид:

Выражение (2.30) позволяет распределить заданное отношение ( Рс / Рш ) по

двум участкам линии связи. Величины коэффициентов запаса a и b следует выбирать на основе компромисса между мощностью земного и бортового передатчиков, поскольку завышение коэффициента a , согласно (2.31), ведет к увеличению Рп.з , а завышение коэффициента b , согласно (2.32), - к увеличению

Рп.б . На практике стремятся к экономии мощности передатчика ИСЗ, поэтому

23

2.2 ЗАДАЧИ

2.2.1 Доказать, что суммарная шумовая температура приемной станции

2.2.2 Доказать, что полная эквивалентная шумовая температура приемной системы ’’Антенна - АВТ - ПР’’, приведенная ко входу приемника, определяется формулой (2.21):

2.2.5 Определить диаметр зеркала параболических антенн искусственного спутника Земли с глобальным охватом земного шара, если одна из них обеспечивает вещание на частоте 3 ,875 ГГц , а другая - на частоте 11 ,525 ГГц .

ширину диаграммы направленности и коэффициент усиления антенны при приеме

долготы (в. д.) и обеспечивающего вещание телевизионного канала ’’ТВ - 6 Москва’’ на территорию бывшего СССР, равна 9 18 градусов, плотность потока мощности у

24

поверхности Земли в зоне обслуживания спутника в среднем 133 дБ Вт / м 2 ,

частота ствола 3875 МГц . Определить коэффициент усиления антенны спутника,

эквивалентную изотропно излучаемую мощность ( Pэк ), мощность передатчика ( Pп ).

Ответы: GП 25 дБ ; Pэк 1000 Вт ; Pп 5 Вт .

2.2.8 Определить потери электромагнитной энергии на трассе ИСЗ Земля,

если вещание ведется с геостационарного ИСЗ ’’Горизонт - 40’’ (90 o в. д.) на частоте

2.2.9 Определить эквивалентную шумовую температуру антенны земной станции, ориентированной на геостационарный спутник ’’Горизонт - 40’’ (90 o в. д.),

при приеме в г. Томске (85 o в. д., 57 o с. ш.) сигналов C - диапазона с частотой 3 ,675 ГГц и Ku - диапазона с частотой 11 ,525 ГГц . Считать, что коэффициент c1

[3,4]. В состав станции для индивидуального приема телепередач с ИСЗ ’’Горизонт-

27 МГц . Прием НТВ необходимо обеспечить в г. Томске (85 o в. д., 57 o с. ш.), где

температуру приемной станции, допустимую эквивалентную шумовую температуру конвертера, добротность станции.

Ответы: T ст 106 K ; 27 K ; Q 16 ,4 дБ / K .

25

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ 2

1. Системы спутниковой связи / А.М. Бонч-Бруевич, В.Л. Быков, Л.Я. Кантор и др.; Под ред. Л.Я. Кантора: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь,

1992. - 224 с.

2.Спутниковая связь и вещание: Справочник / Г.Б. Аскинази, В.Л. Быков, М.Н. Дьячкова и др.; Под ред. Л.Я. Кантора. - М.: Радио и связь, 1988. - 344 с.

3.Карнаухов Е. Непосредственное телевизионное вещание сегодня // Радио. - 1997. - № 1. - С.16 - 17.

4.Карнаухов Е. Непосредственное телевизионное вещание сегодня // Радио. - 1997. - № 2. - С.10 - 11.

5.Левченко В.Н. Спутниковое телевидение в вашем доме. - С.-Пб.: Полигон,

1997. - 150 с.

Цель занятия: изучение особенностей дискретизации и квантования аналоговых сигналов, изучение принципов кодирования дискретных сигналов.

3.1 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Среди методов цифрового представления сигналов, в частности, телефонных сигналов, сигналов звукового вещания и сигналов высококачественного воспроизведения, наиболее распространена импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Аналого-цифровое преобразование (АЦП) при ИКМ состоит из трех операций: дискретизации, квантования и кодирования [1-6].

3.1.1 Дискретизация аналогового сигнала по времени. В устройстве,

осуществляющем ИКМ (рис.3.1) входной аналоговый сигнал ограничивается

по полосе ФНЧ и поступает на амплитудно-импульсный модулятор (АИМ), где происходит его дискретизация при помощи последовательности импульсов

сдлительностью д , поступающих на АИМ от генератора импульсов

дискретизации (ГИД). Выходной сигнал АИМ - модулятора (АИМ - сигнал) является дискретным сигналом и представляет собой последовательность отсчетов сигнала Sвх ( t ) , отстоящих один от другого на интервал времени Tд , называемый

периодом дискретизации (рис.3.2). Из теоремы В.А. Котельникова известно, что частота дискретизации Fд 1 / Тд должна удовлетворять условию: Fд 2 Fв , где

Fв верхняя частота спектра сигнала Sвх ( t ) .

Рисунок 3.1 - Структурная схема одноканального устройства, осуществляющего дискретизацию и кодирование аналогового сигнала

Операция дискретизации в АИМ эквивалентна произведению двух сигналов:

S АИМ ( t ) Sвх ( t ) S и д ( t ) . (3.1)

Последовательность тактовых импульсов дискретизации, имеющих единичную амплитуду, может быть представлена рядом Фурье:

28

В случае широкополосного входного сигнала (с полосой частот от Fн до Fв ,

см. рис.3.2,а) спектр АИМ - сигнала изображен на рис.3.2,в.

Демодуляция АИМ - сигнала возможна с помощью ФНЧ, имеющего частоту среза Fв (частотная характеристика демодулирующего фильтра показана на рис.3.2,в). Искажения при демодуляции будут тем меньше, чем больше затухание

Недостатком АИМ являются жесткие требования к параметрам канала передачи, поскольку шумы и помехи канала передачи накладываются на модулированные импульсы и изменяют их форму. Искажения формы импульсов приводят к появлению шумов и помех на выходе канала. Помехи и шумы значительно увеличиваются при передаче АИМ - сигналов на большие расстояния при помощи ретрансляторов, поскольку искажения импульсов на отдельных участках складываются. Существенное уменьшение действия шумов и помех канала передачи достигается при использовании цифровых сигналов, допускающих возможность применения регенерирующих устройств. Регенерация цифрового сигнала заключается в восстановлении искаженной формы импульсов до первоначального вида и может быть проведена многократно (в каждом ретрансляторе). Регенерация цифрового сигнала практически полностью исключает действие шумов и помех канала передачи.

Цифровой сигнал получают из дискретного (например, из АИМ - сигнала) при помощи кодера (см. рис.3.1). Кодер состоит из устройства квантования сигнала по уровню и устройства АЦП.

3.1.2 Квантование сигнала по уровню. Шумы квантования. Операция квантования заключается в замене отсчетов мгновенных значений АИМ - сигнала uАИМ ( i Tд ) ближайшими дискретными разрешенными уровнями сигнала

uАИМ кв (i Tд ), определяемыми амплитудной характеристикой квантующего устройства. На рис.3.3,а изображена амплитудная характеристика квантующего устройства с восемью разрешенными уровнями квантования 0 , 1 ,..., 7 . Если шаг

одинаков, то шкала квантования называется равномерной, а квантователь - равномерным. При квантовании сигнала возникает ошибка квантования кв ,

29

представляющая разность между истинным значением дискретного сигнала uАИМ ( i Tд ) и квантованным значением сигнала uАИМ кв (i Tд ) (рис.3.3,б):

Рисунок 3.3 - Амплитудная характеристика квантователя с равномерным шагом квантования (а); зависимость ошибки квантования от уровня входного сигнала (б); последовательности входных S АМИ ( t ) и выходных S АМИ кв ( t ) импульсов

квантователя (в); защищенность от шумов квантования и ограничения при АИМ (г)

Ошибка квантования представляет собой функцию с большим числом резких скачков, частота следования которых существенно выше частоты исходного сообщения S вх ( t ), то есть при квантовании происходит расширение спектра

сигнала. При этом соседние боковые полосы (см. рис.3.2,в) будут накладываться друг на друга и в полосу пропускания ФНЧ при демодуляции сигнала S АИМ кв ( t )

попадут составляющие спектра искажений от квантования, распределение которых в полосе пропускания ФНЧ близко к равномерному. Искажения от квантования называют шумами квантования.

При равномерной шкале квантования мощность шума квантования на

мощности входного сигнала, отношение Pc / Pш.кв линейно растет с увеличением